Белок-самурайский меч делает стратегические разрезы в клеточных скелетах

Клетки, как и наши тела, имеют скелеты — цитоскелеты. Без них клетки теряют форму и перестают функционировать. Лаборатория Рама Диксита в Университете Вашингтона в Сент-Луисе изучает, как организованы микротрубочки — «кости» цитоскелета растений. В их модели микротрубочки образуют параллельные полосы, подобные обручам бочки, вокруг клетки.

В онлайн-выпуске Current Biology от 24 октября учёные показали, что фермент катанин (названный в честь катаны, меча самурая) разрезает неправильно выровненные микротрубочки в местах их пересечения с другими. После разреза часть микротрубочки ниже по течению распадается на отдельные субъединицы тубулина.

Учёные уверены, что именно катанин ответственен за это: он появляется в местах пересечений непосредственно перед разрезом, а в мутантной линии растений, лишённой катанина, разрезания не происходит. У таких мутантов микротрубочки образуют дезорганизованные «паутины».

Также было показано, что катанин не только поддерживает организацию цитоскелета, но и организует его с самого начала. После разрушения цитоскелета охлаждением, в нормальных клетках микротрубочки быстро восстанавливаются и упорядочиваются, а в мутантных — остаются неорганизованными.

Узоры без центра управления

В отличие от клеток животных, имеющих центросому (центр организации микротрубочек, MTOC), клетки растений её не имеют. Их микротрубочки зарождаются в рассеянных точках в кортексе клетки (слое цитоплазмы у плазматической мембраны). Это делает их удобной моделью для изучения того, как создаются специфические узоры микротрубочек (веерообразные, сетчатые, поперечные) без централизованного контроля.

Эксперименты с цветными метками

Для исследований использовались линии растений Arabidopsis, созданные в лаборатории:

• Одна линия экспрессирует два флуоресцентных белка-маркера: один окрашивает всю микротрубочку в зелёный, другой — её растущий кончик в вишнёво-красный.
• Эту линию скрестили с мутантом, не производящим катанин.
• Была создана линия, в которой сам катанин помечен зелёным флуоресцентным белком.

Эти инструменты позволили в реальном времени наблюдать динамику микротрубочек и локализацию катанина.

Время решает всё

Ключевым фактором, определяющим тип формирующегося узора, оказалось время. В поперечных массивах пересечения микротрубочек разрезались в среднем в течение 41 секунды после события пересечения. В сетчатых массивах разрезание происходило в три раза медленнее и было менее жёстко контролируемым.

Эксперименты с цветными метками подтвердили, что катанин почти всегда локализуется в местах пересечений до их разреза, и что в мутанте по катанину разрезание не происходит вовсе.

Вывод: Микротрубочки разрезаются катанином в местах пересечений. Своевременность этого разрезания определяет тип узора цитоскелета. Без катанина клетки не могут ни создать, ни поддерживать упорядоченные массивы микротрубочек.